[發明專利]一種用于廢水中苯系物降解的球-膜耦合催化裝置、催化劑及制備與使用方法

有效

• 申請號: 201910858745.4
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110683615B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 齊元峰;江波;施雪卿;張延青;楊冰川
• 申請（專利權）人: 青島理工大學;江蘇艾特克環境工程有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/467;B01J35/08;B01J35/00;B01J23/889;C02F101/30
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

1.一種用于廢水中苯系物降解的球-膜耦合催化裝置，其特征在于，該催化裝置包括膜型催化模塊，所述的膜型催化模塊為四周閉合、兩端開口的立體金屬網，所述的立體金屬網上均勻涂覆有膜型催化劑；

所述的球-膜耦合催化裝置的進水端設置有封閉底，出水端設置有陽極導線；封閉底為設置有曝氣頭的網柵，陽極導線與立體金屬網連接；所述的立體金屬網中間部分設置有陰極電極，所述的陰極電極不與立體金屬網連接，所述的立體金屬網中填充有球型催化劑；

所述的膜型催化劑包括如下質量百分比的原料組成：

（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物粉末58-65%，高嶺土粉34-40%， Cu粉1-2%；

所述的球型催化劑包括如下質量百分比的原料組成：

（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物粉末50-60%，電氣石粉5-10%，麥飯石粉5-10%，高嶺土粉25-30%，Cu粉1-2%。

2.根據權利要求1所述的球-膜耦合催化裝置，其特征在于，所述的（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物中Mn:Co:Al摩爾比為（8-12）：1：（28-32）。

3.根據權利要求2所述的球-膜耦合催化裝置，其特征在于，所述的（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物按如下方法制備得到：

（1）配制pH為3的飽和Al鹽溶液和飽和二價Mn鹽溶液，在飽和二價Mn鹽溶液中逐滴加入飽和二價Co鹽溶液制備Mn-Co溶液，保持Mn:Co的摩爾比例為（8-12）：1；

（2）在60℃的pH為3的飽和Al鹽溶液中逐滴加入Mn-Co溶液并劇烈攪拌，保持Al:Mn的摩爾比例（28-32）：（8-12）；調節pH至13.5后停止攪拌，在60℃溫度下陳化24h冷卻至室溫，即得（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物。

4.根據權利要求2所述的球-膜耦合催化裝置，其特征在于，所述的球型催化劑按如下方法制備得到：

（1）按照配比將（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物、電氣石粉、麥飯石粉、高嶺土粉、Cu粉混合后，添加pH=8的氫氧化鈉溶液，并滾制成生料球；

（2）將生料球在空氣氣氛下按照5-6℃/min的升溫速度升溫至110℃并保持3h，隨后按照8-10℃/min的升溫速度升溫至600-650℃并保持3h；

（3）按照物料:空氣=1:100-120體積比進行通氣快速冷卻至室溫；篩分后，用鹽酸溶液清洗、干燥，即得球型催化劑；

所述的膜型催化模塊按如下方法制備得到：

（1）按照配比將（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物、高嶺土粉、Cu粉混合后，添加pH=8的氫氧化鈉溶液，將所得材料均勻壓制在立體金屬網內表面；

（2）將立體金屬網在空氣氣氛下按照5-6℃/min的升溫速度升溫至110℃并保持3h，隨后按照8-10℃/min的升溫速度升溫至600-650℃并保持3h；自然冷卻到室溫，即得膜型催化模塊。

5.根據權利要求1所述的球-膜耦合催化裝置，其特征在于，所述的球型催化劑的粒徑為4-6mm；所述的膜型催化劑的壓制厚度b=3-5mm；

所述的球-膜耦合催化裝置的出水端還設置有出水堰。

6.權利要求1所述的球-膜耦合催化裝置的制備方法，包括步驟如下：

（1）將去除表面雜質的金屬網的一個邊安裝金屬網帶作為陽極接口，并進一步將金屬網帶和作為正極的陽極導線連接，然后卷制成圓柱形或方形，得立體金屬網；

（2）按照配比將（Mn-Co)/Al層狀氫氧化物、高嶺土粉、Cu粉混合后，添加pH=8的氫氧化鈉溶液，將所得材料均勻壓制在立體金屬網內表面；

（3）將立體金屬網在空氣氣氛下按照5-6℃/min的升溫速度升溫至110℃并保持3h，隨后按照8-10℃/min的升溫速度升溫至600-650℃并保持3h；自然冷卻到室溫，得膜型催化模塊；

（4）將曝氣頭安裝在網柵的中心，組成封閉底；隨后將封閉底安裝在膜型催化模塊的一端，將球型催化劑填充在帶封閉底的膜型催化模塊中，并在立體金屬網中間插入陰極電極，即得到球-膜耦合催化裝置。

7.權利要求1所述的球-膜耦合催化裝置的使用方法，包括步驟如下：

將陽極導線連接外接電源的正極，陰極電極連接外接電源的負極，將待處理的含苯系物化工廢水從封閉底進入球-膜耦合催化裝置，使用風機提供空氣，經由封閉底的曝氣頭為反應提供氧化過程所需要的氧氣，處理后的廢水從出水堰排出；

當立體金屬網為圓柱形時，直徑d=100mm，高h≥1200mm；當立體金屬網為方形時，寬=100mm，長≥1200mm；

外接電源正極負極之間的電壓為5.0-36V之間。